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Pues no, el sol no nos calienta / Por Manuel Peinado

Pues no, el sol no nos calienta  /  Por Manuel Peinado

Cuando calienta el sol aquí en la playa, dice la letra de la canción de los hermanos Rigual. Pues no. Abrumado por el calor que nos castiga estos días, un amigo me dice que él elige pasear a la caída de la tarde, cuando el sol ya no está en su cenit y comienza la “fresquita”. Pues no

¿Que el sol esté en el punto más alto quiere decir que es cuando hace más calor? Pues no. La temperatura más alta de un día veraniego se registra entre 3 y 4 horas después del mediodía solar. En España suele ser entre las 17:00 h y las 19:00 h. Pongo como ejemplo la gráfica de temperatura en el aeropuerto de Barajas cuando comencé a escribir este artículo (Figura 1).

Se puede observar que la temperatura aumenta desde las 7 de la mañana y no deja de subir hasta las 19:00 h. ¿Por qué sucede esto? Es cierto que el sol, una vez sobrepasado su cenit, no calienta tanto, pero la suma del calor acumulado durante el día en el suelo y el calor que aún provocan los rayos suficientemente perpendiculares hacen que el mercurio siga subiendo.

Llega un momento alrededor de las 20 horas en que esto ya no se cumple y cuando, por fin, empieza a bajar la temperatura. No obstante, la temperatura a esa hora (38,7 º) es mayor a la que se alcanza a las 12 (36, 1º), cuando parece que el calor aprieta más.

¿Por qué hace más frío cuando más nos acercamos al sol?

Cuando volamos en un avión a una altura de crucero de unos once kilómetros, la temperatura puede alcanzar los 50 ºC bajo cero. Por eso, cuando nos quejamos del frío que hace en la cabina de un avión, en realidad lo que sufrimos son los efectos de la calefacción. Pero, por qué hace siempre más frío allá arriba. Ya que estamos más cerca del sol, ¿no debería suceder lo contrario?

Pues no. El descenso de temperatura con la altitud es debido a que el aire no se calienta directamente por los rayos solares, sino por la irradiación calorífica desde el suelo. Esta es la razón de que al nivel del suelo la temperatura sea mayor, o dicho de otro y más impropio modo, de que haga más calor.

Radiación solar

La radiación del sol es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda que oscilan entre 200 y 4000 nanometros (nm), en la que se distinguen tres bandas: ultravioleta (menos de 360 nm), luz visible (360 a 760 nm) y radiación infrarroja o calorífica (más de 760 nm), con un máximo en la luz visible (Figura 2).

Figura 2. (A) La luz es una forma de radiación electromagnética, un tipo de energía que viaja en ondas. En conjunto, todos los tipos de radiación conforman el espectro electromagnético. (B) El espectro visible para el ojo humano es la radiación cuya longitud de onda (λ) está aproximadamente entre 400 y 700 nm. Se pueden ver los diferentes colores cuando la luz blanca atraviesa un prisma y la apreciamos como un arco iris. Dibujo de Luis Monje.

La radiación ultravioleta de onda corta lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares provocando cambios que pueden alterar moléculas tan importantes para la vida como el ADN, lo que provocaría daños irreparables si no fuera porque son absorbidas por la capa de ozono estratosférica, responsable de que la radiación ultravioleta inferior a 300 nm que llega a la superficie terrestre sea tan insignificante como para no matarnos.

Cuando la luz solar atraviesa un prisma, se dispersa en una serie de longitudes de onda exhibiendo colores diferentes: rojo de 760 a 626 nm, naranja de 626 a 595, amarillo de 595 a 574, verde de 574 a 490, azul de 490 a 435, y violeta de 435 a 360. Todos estos colores constituyen el espectro visible.

La radiación infrarroja lleva poca energía asociada. Su efecto es acelerar las reacciones o aumentar la agitación de las moléculas, es decir, en producir el calor y, con él, el aumento de temperatura. El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotitas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas, las cuales –por otra parte- representan una proporción insignificante de las emitidas por el sol.

La radiación infrarroja lleva poca energía asociada. Su principal efecto es acelerar las reacciones o aumentar la agitación de las moléculas, es decir, lo que llamamos el calor que produce aumento de temperatura. El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotitas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas, las cuales –por otra parte- representan una proporción insignificante de las emitidas por el sol.

De la energía que llega a la línea de Kármán, el límite superior de la atmósfera, solo una parte alcanza la superficie terrestre porque la mayor parte es absorbida por la atmósfera y otra parte por la vegetación. En unas condiciones óptimas, con un día perfectamente claro y con los rayos solares cayendo casi perpendiculares, solo las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanzan como mucho la superficie terrestre.

La energía que llega a nivel del mar suele ser un 49% de radiación infrarroja, 43% de luz visible, un 7% de radiación ultravioleta y el 1% restante en otros rangos. En un día nublado se absorbe un porcentaje mucho más alto de energía, especialmente en la zona del infrarrojo, lo que explica que los días nublados resulten más fresquitos.

La temperatura media en la tierra se mantiene prácticamente constante en unos 15 ºC, pero la que se calcula que tendría si no existiera la atmósfera sería de unos -18 ºC. Esta diferencia de 33 ºC tan beneficiosa para la vida se debe al efecto invernadero, fundamentalmente basado en las diferencias de longitud de onda entre la radiación que recibe la Tierra y la que emite.

La causa de que la temperatura se mantenga constante es debida a que, de acuerdo con las leyes de la Termodinámica, la tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energía que recibe. Si la energía devuelta fuera algo menor que la recibida, la tierra se iría calentando paulatinamente y si devolviera más se iría enfriando. Lo importante para lo que nos ocupa es que, aunque la cantidad de energía retornada es igual a la recibida, el tipo de energía que retorna es distinto.

La radiación terrestre es la que nos calienta

La energía solar directa no es un efectivo calentador de la atmósfera, sino que esta es calentada por contrarradiación desde la tierra. Las radiaciones que llegan del sol vienen de un cuerpo que está a casi 6000 ºC, pero las radiaciones que la superficie terrestre devuelve a la atmósfera corresponden a las de un cuerpo negro que esté a 15 ºC, cuyas longitudes de onda son mayores que las recibidas y, como consecuencia, mientras que la energía recibida es una mezcla de radiación ultravioleta, visible e infrarroja, la energía que devuelve la superficie terrestre es fundamentalmente en forma de calor (infrarroja) y algo, muy poco, de luz visible (albedo).

Figura 3. Balance térmico de la radiación solar (energía luminosa en amarillo; energía calorífica en rojinegro). De cada 100 calorías llegadas del sol y que alcanzan la atmósfera terrestre, sólo 15 de ellas son absorbidas por el aire en forma de energía luminosa, mientras que el suelo recoge 43. Por tanto, el calor del suelo proviene en un 91% de lo recibido. Por su parte, el calor suministrado por el suelo en forma radiación oscura supone un 72% y solamente un 28% procede de los rayos luminosos solares. Una parte del calor oscuro emitido por el suelo atraviesa la atmósfera y, a pesar de las nubes, del vapor de agua y de los gases se pierde en la exosfera (8%). La temperatura de las capas bajas depende primordialmente de la temperatura del suelo y de sus características: con cobertura vegetal o no, superficies líquidas y superficies congeladas. Dibujo de Luis Monje.

De los 324 vatios/m2 que llegan de media a la superficie terrestre (aproximadamente una cuarta parte de la constante solar), 236 son reemitidos al espacio en forma de radiación infrarroja, 86 son reflejados por las nubes y 20 lo son por el suelo en forma de radiaciones de onda corta (Figura 3).

A medida que amanece y avanza la mañana, la superficie terrestre comienza a absorber más calor del que pierde por radiación, así que la temperatura aumenta rápida y progresivamente. Al cabo de varias horas, la superficie alcanza una temperatura relativamente alta y la cantidad de radiación absorbida es aproximadamente igual a la perdida debida a la nueva radiación.

Este equilibrio se mantiene hasta que comienza a disminuir la insolación durante la tarde. Después que se haya puesto el sol, la superficie caliente de la tierra continúa liberando el calor acumulado hacia la atmósfera por radiación y, ya que no recibe más energía solar, la temperatura disminuye constantemente durante la noche.

La pérdida nocturna de calor se ve acelerada por el efecto de enfriamiento de la evaporación del suelo, de manera que las temperaturas bajan característicamente más que las del aire, lo que provoca que la temperatura mínima de la superficie se alcance justo antes del amanecer.

Una cubierta de nubes absorbe radiación de onda larga y la reemite hacia la superficie en la noche, pero tal fenómeno no ocurre en las noches con cielos despejados porque la radiación escapa al espacio haciendo disminuir más la temperatura nocturna. Las noches con cielos despejados son más heladas que las noches con cielo nublado; por el contrario, durante los días nublados, las temperaturas máximas son menores que con cielo despejados, ya que las nubes impiden el paso de la radiación solar directa. Por ejemplo, los desiertos son muy cálidos en el día y muy fríos en la noche por causa de la ausencia de este efecto amortiguador de las nubes.

La atmósfera es, pues, transparente a la radiación de onda corta del sol, pero absorbe la radiación terrestre de onda larga, de donde se deduce fácilmente que la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta desde el suelo hacia arriba.

Mi amigo debería salir a pasear bien temprano. El problema, confiesa, es que no le gusta madrugar.

 

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